Application of laminated vierendeel truss in high-position transfer story structure

To meet the demands for large space and flexible compartmentation ofbuildings, laminated vierendeel trasses are adopted in high-position transfer story structures.First the bearing characteristics are analyzed, in which reasonable stiffness ratio of the upperchord, middle chord, and lower chord is derived. Then combined with an actual engineering model (1:8similar ratio), the static loading and pseudo-dynamic tests of two models for laminated vierendeeltrass used in transfer story structures are conducted, in which one model adopts reinforcedconcrete, and the other adopts prestressed concrete and shape steel concrete. Seismic behaviors areanalyzed, including inter-story displacement, base shear-displacement skeleton curves, andequivalent viscosity-damping curves. A program is programmed to carry out the elasto-plastic dynamicanalysis, and displacement time-history curves of the two models are derived. The test and analysisresults show that the laminated vierendeel trass with prestressed concrete and shape steel concretehas excellent seismic behaviors. It can solve the disadvantages of laminated vierendeel trussesused in transfer story structures. Finally, some design suggestions are put forward, which can bereferenced by similar engineering.

装配式双拼槽钢-混凝土开孔组合梁试验研究

装配式建筑行业渗透率不断提升,针对装配式工业化的需求,提出了一种新型装配式双拼槽钢-混凝土开孔组合梁(DCCP),由高强螺栓连接装配模块形成,实现完全干式连接,兼具节省钢材、便于敷设管道及增大建筑使用空间等优点.对具有腹板圆形开孔的DCCP和4根不同腹板圆角矩形开孔长度的DCCP进行了静力弯曲试验,探究了腹板开孔长度对组合梁受弯性能的影响,分析了试验梁的破坏模式,跨中挠度、应变、平面外位移、界面滑移随荷载变化规律,提出了DCCP极限承载力的理论计算模型.结果表明:腹板开孔长度对组合梁的力学性能有显著的影响,腹板开圆孔的组合梁表现为槽钢翼缘屈服失效,混凝土板在跨中压碎即弯曲破坏,而腹板开长圆角矩形孔的组合梁因腹板开孔处四角产生塑性铰和开孔处高弯矩端对应位置的混凝土板压溃而发生空腹破坏(Vierendeel mechanism failure);腹板开孔长度由150 mm增加到900 mm时,组合梁的承载力和延性分别降低了20%和23%;具有腹板开孔的DCCP平均延性系数值为8;高强螺栓约束下的装配模块间分离微乎其微,整体协同工作性能良好.钢梁与混凝土板间最大滑移为0.34 mm,新型组合梁采用的钢板连接件可有效传递钢梁和混凝土板间的纵向剪力,实现完全抗剪连接件.用本文理论模型计算的极限承载力与试验结果吻合良好,误差小于5%.

阿里巴巴上海总部类巨型框架超限结构设计

阿里巴巴上海总部大厦采用了类巨型框架结构体系,主要结构构件均采用了钢结构。系统介绍了塔楼超限结构设计的概况,并针对本项目类巨型框架的结构特点和难点进行了阐述。针对塔楼整体结构的不规则性,提出了结构设计的抗震性能目标和抗震加强措施。结构的整体分析结果表明,结构整体指标和抗震性能均能满足既定的设计要求。对特殊及关键的结构部位进行了计算和分析,确保了构件和节点的可靠性及其在整体结构中关键作用。

叠加空腹桁架的钢-钢骨混凝土组合转换桁架设计分析与监测

针对某上弦为钢骨构件、腹杆及下弦为型钢的钢-钢骨混凝土组合转换桁架结构,采用PKPM软件对组合转换桁架和其上空腹桁架进行了多个整体模型的弹性对比分析及静力推覆分析。结果表明,施工模拟方式、楼面板刚度模拟方式、混凝土空腹桁架构件徐变、中大震下出铰情况对转换桁架和空腹桁架分担的转换荷载计算值均有较大影响,相关因素应予包络、准确地考虑。对多个子结构组合而成的结构体系,应明晰各子结构在整体中发挥的作用,以及各子结构在相关因素变动情况下的定量变化情况,以保证各子结构性能稳定性和整体结构的安全。工程施工阶段监测表明,叠加空腹桁架的组合转换桁架结构变形及构件应变基本与设计预期相符,转换结构安全合理。

基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析

针对空腹夹层板精细化有限元分析存在计算模型总自由度数庞大、运算效率低的问题,根据空腹夹层板的构造特点,将其分成若干相同的基本网格,把任一网格当成子结构并凝聚成超单元,再控制超单元的边界自由度数。以超单元为基础扩展出新计算模型,降低空腹夹层板有限元模型的总自由度数,从而提高计算效率。分别用不同超单元和边长0.1 m的实体单元,建立一块平面尺寸为16 m×16 m的混凝土空腹夹层板精细有限元模型并做静、动力分析。结果表明:超单元法提取空腹夹层板参数受限制小,能较快提取结构参数完成计算;超单元边界节点数越少,运算效率越高,但误差相应增大;当超单元的节点数对比精细有限元缩小约89%并合理放置时,计算最大相对误差不超过6%且计算时间能节省11%~24%,模态和时程分析图像吻合度较好;基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析适用于空腹夹层板结构线弹性阶段的参数分析计算。

某带空腹桁架的科研楼结构设计

该结构采用框架-剪力墙结构体系,该项目存在竖向抗侧力构件不连续、楼板局部不连续、扭转不规则特点。针对项目扭转不规则,设置了屈曲约束支撑,取得了较好的抗扭转效果。针对竖向抗侧力构件不连续,同时为实现通高大堂,在4层设置了空腹桁架;基于“强化转换层及其下部,相对弱化转换层上部”的设计思想,定量给出了空腹桁架控制指标和内力调整措施。空腹桁架下弦杆采用了预应力型钢混凝土梁的设计,给出了该梁的抗弯、抗剪计算公式。

济南某复杂综合体结构设计难点研究

济南某复杂综合体项目由两座约90m高塔楼+大底盘商业裙房+低区U形幕墙+高区拱形连桥组成,高区连体建筑采用铅芯橡胶隔震支座与塔楼相连,低区采用两端固定铰支座与塔楼相连,为大底盘多塔复杂连体结构。塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,高区拱形连桥采用钢结构空腹桁架结构体系,低区U形幕墙采用劲性索体系。针对工程特点,着重阐述了大底盘裙房不分缝可行性及低、高区弱连体的合理支座形式,提出了采用两端固定铰U形劲性索的弱连体新形式。结果表明:低区U形幕墙采用两端固定铰连接形式,高区连桥采用铅芯橡胶隔震支座连接形式均能较好地实现弱连接,保证塔楼和连桥的抗震性能。

基于响应面法的钢空腹桁架结构优化设计

为了提高钢空腹桁架结构的优化设计效率,提出采用基于响应面法的结构优化设计方法对钢空腹桁架进行优化设计。优化前根据虚功原理推导了空腹桁架的等效惯性矩和等效剪切刚度,采用等代实腹梁刚度法验证了有限元模型精度。通过Box-Behnken试验设计,获得66组有限元模拟的试验样本,建立Kriging响应面从而得到近似响应点。以结构质量最小化为目标,以规范允许的最大组合应力、最大挠度和构件宽厚比为约束条件,采用MOGA遗传算法对空腹桁架进行优化设计,得到Pareto最优候选解。结果表明:在各级荷载下,有限元计算值与等代实腹梁刚度法计算值的最大相对误差仅为5.6%,验证了用于优化设计的有限元模型的精度;优化设计后3组候选解中最优用钢量为6195.4 kg,与优化前相比节省用钢量约18%;对最优解的相关几何参数进行了有限元数值试验验证,优化后的构件宽厚比、最大组合应力、最大挠度和结构质量与数值试验结果吻合较好,偏差均在3%以内,表明基于响应面法的结构优化设计方法适用于钢空腹桁架结构多参数优化设计。

赣州西站站房钢结构分析与设计

赣州西站是京港高速铁路在赣州市内最大的高铁站,建筑造型新颖。为契合建筑造型,上部钢结构具有大跨、异形、节点复杂、超高穿层柱等特点,通过结构整体分析、钢结构极限承载力分析、正面钢结构屈曲分析、复杂节点有限元分析和穿层柱分析等方法,采用在空腹桁架的平面外设置钢拉索,超高穿层柱设计空间钢网格结构关键节点等措施确保结构设计的可靠性。结果表明钢拉索可有效保证空腹桁架的平面外稳定性;弹性、弹塑性全过程屈曲分析表明,屋盖安全系数均大于2.0,屋盖钢结构极限和稳定承载力满足设计要求;铸钢节点在罕遇地震作用下仍处于弹性状态,满足性能设计要求;铸钢球关键节点有效解决穿层柱超高问题,进一步提高了穿层柱的稳定和极限承载能力。

南京市中心医院综合楼原址新建项目单侧大悬挑超限高层结构设计

南京市中心医院综合楼原址新建项目用地狭小、高度受限且基底面积被周边地下室挤占,采用了单侧大悬挑的结构体型。在充分考虑造价和施工可行性的前提下,经分析对比,得出以下结论:高层建筑大悬挑部位可采用具有结构高度小、不影响室内空间、安装方便等优点的钢结构叠层空腹桁架;通过对空腹桁架进行合理的子结构拆分,在竖腹杆中间设置可锁紧滑动节点,可实现空腹桁架的无支架施工并消除楼层间由施工次序引起的不均匀内力;空腹桁架叠层较多时,由支承柱竖向变形引起的次内力不能忽略;为解决新建项目与周边既有地下室间距离很近的问题,可采用高承载力后注浆钻孔灌注桩、地下室外墙单面立模、拔除周边地下室基坑支护桩等措施;低烈度区钢筋混凝土框架-剪力墙结构的地震损伤主要发生在连梁部位,采用可更换钢连梁有利于实现结构中震正常使用的性能目标。

双竖杆空腹桁架的刚度及经济性分析

为了满足空腹桁架实际工程需要,改善空腹桁架结构刚度及经济性,提出了一种双竖杆空腹桁架结构。推导了双竖杆空腹桁架等效惯性矩和等效剪切刚度的计算公式,通过刚度分析确定了双竖杆间距的合理取值。通过有限元参数化分析,验证了等效刚度计算公式的可靠性。在用钢量相同的条件下与传统空腹桁架进行静力性能对比分析,结果表明:双竖杆空腹桁架的等效剪切刚度提高0%~40%,上下弦弯矩和剪力分别减小35.3%和7.2%;腹杆弯矩和剪力减小39%。采用基于响应面法的结构优化设计方法对传统空腹桁架与双竖杆空腹桁架进行优化后对比分析,结果表明:在挠度、最大应力和型钢宽厚比满足规范的条件下,双竖杆空腹桁架少用钢材1.1 t,节省用钢量17.5%;双竖杆空腹桁架结构高度更低,空腹部分及楼层有效空间更大;双竖杆空腹桁架的整体结构刚度、内力分布和技术经济性均优于传统空腹桁架,具有很好的工程应用前景。

建筑结构连续倒塌性能研究进展

在爆炸、撞击等偶然载荷作用下,建筑结构中部分关键承重构件失效可能导致后果极为严重的结构整体连续倒塌破坏.本文对国内外建筑结构连续倒塌性能的试验研究和理论分析成果进行了总结,分析了结构倒塌过程中的各种抵抗机制及其对结构抗倒塌性能的贡献,对现有的结构抗连续倒塌设计与研究方法进行了评述,并对结构抗倒塌性能的研究进行了展望.

智能化坡面行走式钻机架在路基锚杆框架梁施工中的发展与应用前景

智能化坡面行走式钻机架作为一种先进的施工设备,在路基锚杆框架梁的建设中展现出巨大的潜力。本文深入探讨了该设备的设计特点、技术优势及其在实际施工中的应用效果。特别强调了其智能化控制系统和适应复杂地形的能力,这在提高施工效率、降低成本方面起到了关键作用。本文还详细分析了在推广应用过程中遇到的挑战及其解决策略,预测了智能化坡面行走式钻机架在未来路基锚杆框架梁施工中的应用前景,指出其将对建筑行业,特别是复杂地形施工领域产生深远影响。

预应力空腹桁架渡槽施工技术

青海引大济湟工程39号渡槽位于拦隆口镇卡阳景区,全长178 m,共5跨,该工程采用空腹桁架整体浇筑逐跨张拉完成后进行槽身施工的方案。其中4跨单跨长度为40 m的槽身位于桁架下弦杆上方,共5跨。从工程下承式空腹桁架式渡槽所需材料设备、模板和脚手架安装方式、混凝土施工方案、预应力施加过程等几方面进行了阐述,同时对模板施工的稳定性进行了安全演算,并对工程可行性进行了论证。

高层型钢混凝土底部大空间转换层结构性能研究

提出在底部中大开间 (或小跨重载 )的多高层建筑中 ,优先采用型钢混凝土转换梁及其底部大开间的型钢混凝土结构体系 ,对底部开间较大的高层、超高层建筑 ,可采用型钢混凝土结构及预应力型钢混凝土空腹桁架转换结构体系。为此 ,进行了型钢混凝土底部大开间梁式托柱转换层结构 ,与普通钢筋混凝土相应结构模型的竖向荷载和低周反复水平荷载对比试验 ,以及部分构件采用型钢混凝土的预应力型钢叠层空腹桁架转换结构与普通钢筋混凝土相应结构模型的竖向荷载和拟动力对比试验 ,提出了型钢混凝土底部大开间及转换层结构体系的部分设计建议 ,取得了卓有成效的成果。本文研究成果成功地应用于三个实际工程 。

迭层空腹桁架转换层结构的静力性能分析

迭层空腹桁架是一种新型的转换层结构型式 .本文分析了弦杆截面尺寸、腹杆布置对结构受力性能的影响 ,从而给出了其设计建议 .

梁腹板开圆孔钢框架梁柱节点的性能研究

梁腹板开圆孔节点是根据地震作用下钢框架梁柱节点可能产生脆性破坏的现象而提出的一种新型削弱型节点,该节点兼备提高建筑净空的优点,并不增加施工难度。在梁腹板上开设孔洞,不会影响梁的整体稳定性,只会影响梁的局部稳定性,并且由于梁翼缘参与抗剪比重增大,其抗剪承载力也不会发生较大幅度的下降。对梁腹板开圆孔节点进行的有限元分析表明:在适当位置开设一定大小的圆孔,可以首先在梁削弱截面处会形成空腹梁机制(Vierendeel mechanism),迫使塑性铰出现在梁上削弱部位,远离梁根部节点焊缝区,并且节点承载力不发生显著下降。节点实验的结果与有限元分析相吻合,即梁柱连接焊缝的脆性断裂是传统节点的主要破坏形式,而削弱处形成的空腹梁机制是导致梁腹板开圆孔节点破坏的原因,如果开孔合适,腹板开孔节点的各项性能指标下降幅度很小(5%以内),但可确保塑性铰产生在梁上。根据梁腹板开圆孔节点不同的受力状态可以将梁段划分为三种区间,即格构式梁段、过渡段和实腹式梁段,如果腹板所开圆孔合适,过渡段会先形成空腹梁机制,并满足预期的设计目标。

大尺度开孔钢梁性能的试验研究和数值分析

研究了超出我国设计规范构造尺寸限制的大尺度、非等间距腹板开孔的钢梁性能,进行了2榀针对实际工程的长9 m钢梁的足尺静力试验,将试验数据与一般梁理论、空腹桁架理论、有限元等方法得到的计算数据进行了比较分析.研究表明:这种大开孔钢梁只要设计得当,能够满足承载力和挠度要求;空腹桁架理论适用空腹截面正应力的简化计算;孔口附近的实腹截面应力分布受到开孔的显著影响,对正应力和剪应力分布,有影响的范围为距离孔口边缘分别约0.9倍孔口高度以内和1.0倍梁截面高度以内;在影响范围之内,正应力呈非线性分布,中和轴处的剪应力偏大,与梁理论有关弯曲应力和剪应力公式的计算结果相差较大.

腹板开洞竹木工字梁受力性能的试验研究

以洞口尺寸、形状和净距为参数,对28根开孔梁和2根实腹梁的力学性能进行了试验研究与对比分析,研究其破坏形态及破坏机理等,并与未开孔梁的试验结果进行对比.提出了基于费氏空腹桁架理论的开孔梁承载力计算公式.结果表明,开孔梁内的应力分布、挠度变化不再完全符合传统弯曲理论.随着径腹比的加大,开孔梁的承载力和刚度呈显著下降趋势.方孔梁的承载力略大于外接圆孔,以外接圆孔代替方孔梁的承载力偏于安全.对于径腹比为0.5的多洞口梁而言,当方洞和圆洞净距分别大于2倍和2.5倍孔长时,可忽略洞口间的相互影响.通过对比分析,理论结果与实验结果的误差平均值为15%左右,从而验证了修正后的空腹桁架理论计算公式的准确性和可靠性.

中柱失效下多层框架的连续性倒塌分析与机理研究

进行抗连续倒塌分析时,常将多层框架结构简化为单层子结构,然后将单层结构的特性用于多层框架的研究,但目前的简化模型不能够完全反映结构整体受力特性,忽略了空腹机制的作用。基于两跨梁模型研究单层框架的抗倒塌机制,提出梁机制和悬链线机制的抗力计算方法,并通过算例验证了所提方法的正确性;为分析空腹机制对多层框架整体受力的影响,建立顶层梁柱模型,引入空腹机制对抗连续倒塌的贡献指标;分析俄亥俄综合大楼拆除四根柱后的抗倒塌机制。结果表明简化模型是合理的,多层框架结构顶层和底层表现出不同的倒塌机制,空腹机制与其它机制共同抵抗不平衡荷载,俄亥俄综合大楼具有较好的抗连续倒塌性能。